Еще на начальном этапе проектирования самолета было решено, что испытывать его станет шеф – пилот ЦАГИ М. М. Громов. По высказыванию Михаила Михайловича, следить за созданием АНТ-25 он начал с момента появления его общего вида, выполненного Борисом Кондорским. В соответствии с рекомендациями Громова скомпоновали кабину экипажа, в передней части которой находился первый пилот, за ним в центре кабины оборудовали место штурмана. Кресло второго пилота с дублирующим управлением и полным комплектом пилотажных приборов разместили в кормовой части кабины.

Для обеспечения взлета рекордного самолета с максимальным полетным весом на аэродроме НИИ ВВС в Щелково построили специальную наклонную взлетную полосу, которую в просторечии обычно называли «горкой». При общей длине 1800 м превышение начального участка над конечным участком разбега составляло 12 м.

Однако начали испытательные полеты новой машины на Центральном аэродроме Москвы. Впервые РД-1 под управлением М. М. Громова поднялся в воздух 22 июня 1933 г. Последующие испытательные старты показали, что с решением о проведении рекордного полета явно поторопились. РД-1 с двигателем М-34 без редуктора и деревянным винтом фиксированного шага для рекордных достижений определенно не годился. Самолет обеспечивал беспрерывное нахождение в воздухе всего 46,2 часа, а максимальную дальность не более 6950 км.

Впрочем, надежды оставались – их связывали со вторым экземпляром РД-2 (АНТ-25–дублер) с двигателем М-34Р, впервые полетевшим 8 сентября. Для определения лучших полетных характеристик самолет испытывался с различными воздушными винтами, что позволило уже на этом этапе подобрать наиболее эффективный образец для полета на максимальную дальность. Выяснили и эффективность использования убираемого шасси. С выпущенным шасси максимальное аэродинамическое качество составляло 13 единиц, а с убранным шасси – 15. Кроме этого, определили расходы горючего на всех режимах работы двигателя для разных высот полета. Михаил Громов вспоминал: «Планер был исключительный, самолет парил, как птица. Но то, к чему мы стремились, достигнуто не было…» Результаты испытаний показали, что самолет с максимальным взлетным весом 10 т при продолжительности полета 65,8 ч может обеспечить максимальную дальность не более 10 800 км. Таким образом, мечты о достижении рекорда в 1933 г. пришлось отложить, по крайней мере, до следующего летнего сезона.

Согласно испытаниям и обмерам в ОЭЛИД ЦАГИ самолет РД № 2 (АНТ-25 дублер) осенью 1933 г. обладал следующими параметрами:

Зимой 1933—34 гг. второй экземпляр АНТ-25 – РД-2 – заметно доработали. В значительной степени усовершенствовали силовую установку и бензосистему, заменили часть приборного оборудования, провели ряд облегчений самолета. Всю гофрированную обшивку крыла и хвостового оперения обтянули тканью, после этого покрыли лаком, переднюю кромку отполировали, стык крыла и фюзеляжа оборудовали зализами. В соответствии с расчетами продолжительность полета усовершенствованного самолета теперь могла достичь 80,4 часа, а дальность – 13 000 км.

Первые Герои Советского Союза. Слева направо: Н.П. Каманин, М.Т. Слепнев, И.В. Доронин, В.С. Молоков, М.М. Громов, М.В. Водопьянов, С.А. Леваневский, А.В. Ляпидевский

Для осуществления первого рекордного полета на дальность по замкнутому маршруту назначили экипаж из наиболее профессиональных авиаторов: командир М. М. Громов, второй пилот А. И. Филин, штурман И. Т. Спирин. 24 июля 1934 г. РД-2 впервые стартовал с наклонной горки с полным полетным весом по маршруту Москва – Рязань – Тула – Москва. Однако в первой попытке достичь рекордного результата по причине сбоя в работе двигателя не удалось, и Громов решил совершить посадку, не долетая Рязани, на полевую площадку. Пилот так описал эти события: «Аэродром представлял собой заливной луг, сесть на него с почти полным весом было нельзя: шасси завязло бы в мягком грунте, и мы поломали бы машину. Перед посадкой следовало предварительно слить горючее через специальные большие отверстия в крыльях, открыв аварийный слив. Отверстия же можно было открыть только при выключенном моторе, иначе мог произойти взрыв. Перевожу самолет в планирование, выключаю мотор и открываю слив. Справа слив идет нормально, а из левого крыла бежит лишь струйка. Мелькает в голове: успеем ли сесть, сумею ли удержать самолет в горизонтальном положении? В довершение к нашему неприглядному положению вижу, что снижаемся столь стремительно, что я вряд ли смогу перетянуть через реку. Катастрофа неминуема. Можно свернуть влево, но тогда разобью самолет. Вправо – то же самое. Что делать?! Включил мотор, дал на несколько секунд полный газ. Снова выключил мотор. К счастью, взрыва не последовало. Инженер и штурман – оба на заднем сиденье: пытаются хоть так оттянуть центр тяжести самолета назад…